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芯片封装材料的现状与发展

芯片封装是将外壳安装在芯片外面,芯片的接点用导线连接到封装外壳的引脚上,引脚又通过印制板上的导线与其他器件建立连接。封装起着安放、固定、密封、保护芯片和增强电热性能的作用。

封装材料可以分为载板、引线框架、键合线、塑封化合物、底部填充料、液体密封剂、粘晶材料、焊球、电镀液等。

1、封装材料市场

根据SEMI数据,2017年全球封装材料市场为191亿美金,其中层压基板、引线框架、键合金属线、塑封料四大主要材料的占比分别为32.46%、16.75%、16.23%和6.81%。 

2000年到2011年之间全球封装材料的销售额是逐步增加的,而2011年至今封装材料的绝对销售额则出现平缓下降的态势,在190亿到200亿美金之间波动。预测封装材料市场在2017-2021年将以2%左右的复合增长率增长。

2、封装材料发展趋势

随着先进封装的应用越来越多,先进封装的材料主要有:

封装材料的发展趋势主要有:

①随着扇出型晶圆级封装技术逐步应用,线宽线距最低达2um,层压基板的成长将趋缓;

②RDL层需要WLP电介质材料,WLP电介质成长性将比较好;

5G商用在2019年的到来,mmWave的应用,将带来液晶高分子聚合物(LCP)的发展;

④电镀化学品的成长性将比较好。汽车电子半导体含量的持续提升,PPF QFN制程技术将会应用的越多,粗化电镀流程成为不可或缺的一步;

⑤引线框架的局部电镀,将使扩充光阻电镀功能越加重要;

⑥电源应用中,将逐渐采用高导热粘接粒材料,取代焊锡粘接晶;

⑦热增强和高电压模塑化合物的使用将更多,塑封化合物材料的持续改进以应对翘曲、可靠性等要求;

3、封装材料供应商

3.1 载板

载板作为芯片与外界电路连接的接口,起着保护芯片、散热等作用,2017年全球最新TOP前五供应商如下所示:

日月光等封测厂面临原材料IC载板不足的现象,原因是载板供应商的供给不足。Unimicro在2017年年报中提到将专注于载板先进技术与品质水准的提升;Ibiden预计2018年财年物联网中心市场需要更薄、密度更高的载板,公司将实现17%的营收增速;5G市场需要更高传输速率、更低损耗的载板,公司将有33%的增速;数据中心市场需要更大、更多层、密度更高的载板,公司将有26%的营收增速。

大陆PCB厂商比如深南电路、兴森科技等陆续涉足IC载板领域,崛起是大势所趋。兴森科技旗下子公司广州兴森快捷电路科技有限公司从事IC封装载板的研发、生产和销售,深南电路投入1.5亿进行“半导体高端高密IC载板产品制造项目”的建设,项目实施完成将形成封装基板60万平方米/年的生产能力。

载板厚度从0.1um到100um,L/S从0.1/0.1到100/100的发展过程中,封测厂在2.5D/3D/FOWLP等领域都会面临很多的挑战。

3.2 引线框架

引线框架作为集成电路的芯片载体,是一种借助于键合材料(金丝、铝丝、铜丝)实现芯片内部电路引出端与外引线的电气连接,形成电气回路的关键结构件,它起到了和外部导线连接的桥梁作用。

2017年全球引线框架供应商营收来看,三井、住矿、新科、日立等日本供应商排名靠前,康强电子(002119.SZ)以1.01亿美金的营收排名第九位。

预计引线框架将以3.9%的复合增长率增长,其中又以QFN类的引脚架构(LFCSP)的成长最快,年复合增长率将高达8%。

引线框架的加工方法分为机械冲压法和化学蚀刻法,化学蚀刻法生产的引线框架可以满足高密度的封装要求,生产成本较高。

3.3 键合线

全球主要的键合线供应商有贺利氏、田中、日铁、MKE、康强、达博、励福、优克、住友、Heesung、台湾乐金、台湾钰成等。

截止2017年底,中国有250-280家键合线供应商,前五大国内键合线生产制造商占国内总市场的6.5%,所有的国内供应商营收占国内市场份额的17.5%。据不完整统计,中国大陆键合线市场91亿人民币左右,2017年中国大陆市场主要供应商销售额的占比情况如下图所示:

键合线可以由金、银、铜、铝等不同技术制成,市场上有多种键合线,包括纯金、金银合金、银、银合金、铜、铜合金(包括镀钯铜)、及铝、铝合金线、硅铝等。近年来,因为键合铜线提供更好的性能、更节约成本,而在DIP、QFP、SOP封装上也相继有了大量应用,预计未来还将持续增加。

金线在经历了连续5年的下滑之后,2016/2017年销售量有所提升,2017年金线在整个键合线中的比例是37%。

3.4 塑封料

全球主要的塑封线供应商有住友电木、日立化成工业、松下电子、信越化学、长春树脂、汉高华威、金刚高丽化学、韩国三星、长兴材料(昆山)、中鹏新材、天津德高化成、江苏华海诚科新材料、北京科化所、天津凯华绝缘材料、北京中新泰和电子等。飞凯材料通过收购长兴昆电60%的股权,进入该领域。

3.5 其他

①锡球方面,有千住金属、减摩合金工业、斯倍利亚、住友金属矿山、三菱材料、升茂、IPS、Alpha、霸州邦壮、安徽精通、新华锦、大丰宙、云南锡业、北京达博长城、肯麦特上海、上海锡喜材料、铭凯益、深圳景发、重庆群崴电子、深圳嘉良、确信爱法等。2017年7月,飞凯材料通过收购大瑞科技进入锡球领域。

②电镀液方面,有美国乐思化学、巴斯夫、上海新阳、罗门哈斯、安美特等。

③Henkel在粘结剂、填充料、液体密封剂、EMI屏蔽等领域提供优质的产品。

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